CN103152171B - 密钥可变的内轮置换流密码加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种密钥可变的内轮置换流密码加密方法，其采用不同的数学运算符，快速实现密钥比特间的混淆性；在密钥流字节的计算中采用“纵向”扩散和“横向”压缩的相结合的比特混合置乱技术；密钥流字节采用多轮“迭代”方法得到，保证算法抵抗攻击；引入固定常量，破坏内轮函数结构，避免滑动攻击；种子密钥和初始向量的长度保证抵抗时空折中攻击；算法的运算符交替出现，分布均匀以抵抗一般的边信道攻击，特别功耗攻击；采用15轮的迭代内部状态具有足够的稳健性，足以抵抗传统的差分攻击；种子密钥长度可以根据安全强度选择；算法简洁、安全性高；各个密钥流块独立生成，特别适合平行计算，软件和硬件容易、快速实现，各种平台实现灵活。

Description

密钥可变的内轮置换流密码加密方法

技术领域

本发明涉及信息安全领域，具体涉及一种密钥可变的内轮置换流密码加密方法。

背景技术

在数据传输过程中，部分敏感数据为了防止攻击者的窃听而需要进行加密处理，使得攻击者只能窃听到密文而无法获得任何有用信息，只用拥有密钥的合法接收者才能解密还原出真实消息。在数据加密算法中，有两大类加密算法。一是分组加密算法，二是流密码加密算法（也称为序列密码）。分组加密算法的加密数据是固定长度的（分成一组一组），而流密码加密算法的加密长度是一个可变范围很大的值。分组密码以一定大小作为每次处理的基本单元，而序列密码则是以一个元素（一个字母或一个比特）作为基本的处理单元。流密码加密算法具有实现简单、便于硬件实施、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点，因此在实际应用中，特别是专用或机密机构中保持着优势，典型的应用领域包括无线通信和外交通信等。流密码加密算法具体应用环境和模式可见图1。首先消息发送方和接收方通过一个安全信道共享了一个种子密钥k，对于每一比特明文xi，发送方都使用一个流密码加密算法产生相对应的一比特密钥流zi，然后用zi与xi异或掩盖明文而获得密文yi，即消息接收方接收到yi后，使用相同的方法和相同的密钥产生相同的密钥流比特zi，将zi与yi异或后即可恢复出明文xi，即然而传统的流密码加密算法的内部操作不易实现，内部置乱效果不佳，易受到攻击等不足，因此还需要对传统的流密码加密算法进行进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种安全强度高、算法简洁易于实现、并能灵活适用于各种平台的密钥可变的内轮置换流密码加密方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

密钥可变的内轮置换流密码加密方法，包括如下步骤：

（1）内部状态初始化阶段：

（1.1）随机选择3～8个32比特的种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)和3个32比特的初始向量v=(v₀，v₁，v₂)，确定3个32比特的常量值c=(c₀，c₁，c₂)；启动2个32比特的计数向量t=(t₀，t₁)；

（1.2）开辟一个512比特的存储器X，该存储器分为16个字，每个字为32比特，即

$X=\left(\begin{array}{cccc}{x}_0& x_1& x_2& x_3\\ x_4& x_5& x_6& x_7\\ x_8& x_9& x_{10}& x_{11}\\ x_{12}& x_{13}& x_{14}& x_{15}\end{array}\right)$

（1.3）将种子密钥K、初始向量v、计数向量t和常量值c分别注入存储器X中，即令

$X=\left(\begin{array}{cccc}{x}_0& x_1& x_2& x_3\\ x_4& x_5& x_6& x_7\\ x_8& x_9& x_{10}& x_{11}\\ x_{12}& x_{13}& x_{14}& x_{15}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{k}_0& v_1& k_6& c_0\\ k_5& k_3& c_1& t_1\\ t_0& c_2& k_1& k_7\\ v_0& k_4& v_2& k_2\end{array}\right);$

（2）密钥流生成阶段：

（2.1）定义X^r=round^r(X)，其中round^r(X)又分为行运算round^odd(X)和列运算round^even(X)；

（2.2）若r为奇数即round^odd(X)的变化规则为：

将存储器X的第一行x=(x₀，x₁，x₂，x₃)变化到y=(y₀,y₁,y₂,y₃)，有：

a₀=x₀+x₃,a₃=(x₂+a₀)<<<3

a₂=x₁+a₃,a₁=(x₂+a₂)<<<17

$y_0=[x_0\&CirclePlus;(a_0+a_1)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_1=x_1\&CirclePlus;[(a_2+y_0)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_2=[x_2\&CirclePlus;(a_3+y_1)]<<<5$

$y_3=x_3\&CirclePlus;[(a_1+y_2)<<<23];$

将存储器X的第二行x=(x₄，x₅，x₆，x₇)变化到y=(y₄,y₅,y₆,y₇)，有：

a₄=x₄+x₇,a₇=(x₆+a₄)<<<3

a₆=x₅+a₇,a₅=(x₆+a₆)<<<17

$y_4=[x_4\&CirclePlus;(a_4+a_5)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_5=x_5\&CirclePlus;[(a_6+y_4)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_6=[x_6\&CirclePlus;(a_7+y_5)]<<<5$

$y_7=x_7\&CirclePlus;[(a_5+y_6)<<<23];$

将存储器X的第三行x=(x₈，x₉，x₁₀，x₁₁)变化到y=(y₈,y₉,y₁₀,y₁₁)，有：

a₈=x₈+x₁₁,a₁₁=(x₁₀+a₈)<<<3

a₁₀=x₉+a₁₁,a₉=(x₁₀+a₁₀)<<<17

$y_8=[x_8\&CirclePlus;(a_8+a_9)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_9=x_9\&CirclePlus;[(a_{10}+y_8)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_{10}=[x_{10}\&CirclePlus;(a_{11}+y_9)]<<<5$

$y_{11}=x_{11}\&CirclePlus;[(a_9+y_{10})<<<23];$

将存储器X的第四行x=(x₁₂，x₁₃，x₁₄，x₁₅)变化到y=(y₁₂,y₁₃,y₁₄,y₁₅)，有：

a₁₂=x₁₂+x₁₅,a₁₅=(x₁₄+a₁₂)<<<3

a₁₄=x₁₃+a₁₅,a₁₃=(x₁₄+a₁₄)<<<17

$y_{12}=[x_{12}\&CirclePlus;(a_{12}+a_{13})]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_{13}=x_{13}\&CirclePlus;[(a_{14}+y_{12})>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_{14}=[x_{14}\&CirclePlus;(a_{15}+y_{13})]<<<5$

$y_{15}=x_{15}\&CirclePlus;[(a_{13}+y_{14})<<<23];$

上述，+表示mod2³²运算，表示mod2运算，<<<表示左循环移位，>>>表示右循环移位；

（2.3）若r为偶数（即round^even(X)）的变化规则为：

将存储器X的第一列x=(x₀，x₄，x₈，x₁₂)变化到y=(y₀,y₄,y₈,y₁₂)，有：

a₀=x₀+x₁₂,a₃=(x₈+a₀)<<<3

a₂=x₄+a₃,a₁=(x₈+a₂)<<<17

$y_0=[x_0\&CirclePlus;(a_0+a_1)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_4=x_4\&CirclePlus;[(a_2+y_0)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_8=[x_8\&CirclePlus;(a_3+y_4)]<<<5$

$y_{12}=x_{12}\&CirclePlus;[(a_1+y_8)<<<23];$

将存储器X的第二列x=(x₁，x₅，x₉，x₁₃)变化到y=(y₁,y₅,y₉,y₁₃)，有：

a₄=x₁+x₁₃,a₇=(x₉+a₄)<<<3

a₆=x₅+a₇,a₅=(x₉+a₆)<<<17

$y_1=x_1\&CirclePlus;[(a_4+y_5)<<<[r\mathrm{mod}8]]$

$y_5=x_5\&CirclePlus;[(a_6+y_1)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_9=[x_9\&CirclePlus;(a_7+y_5)]<<<5$

$y_{13}=x_{13}\&CirclePlus;[(a_5+y_9)<<<23];$

将存储器X的第三列x=(x₂，x₆，x₁₀，x₁₄)变化到y=(y₂,y₆,y₁₀,y₁₄)，有：

a₈=x₂+x₁₄,a₁₁=(x₁₀+a₈)<<<3

a₁₀=x₆+a₁₁,a₉=(x₁₀+a₁₀)<<<17

$y_2=[x_2\&CirclePlus;(a_8+a_9)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_6=x_6\&CirclePlus;[(a_{10}+y_2)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_{10}=[x_{10}\&CirclePlus;(a_{11}+y_6)]<<<5$

$y_{14}=x_{14}\&CirclePlus;[(a_9+y_{10})<<<23];$

将存储器X的第四列x=(x₃，x₇，x₁₁，x₁₅)变化到y=(y₃,y₇,y₁₁,y₁₅)，有：

a₁₂=x₃+x₁₅,a₁₅=(x₁₁+a₁₂)<<<3

a₁₄=x₇+a₁₅,a₁₃=(x₁₁+a₁₄)<<<17

$y_3=[x_3\&CirclePlus;(a_{12}+a_{13})]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_7=x_7\&CirclePlus;[(a_{14}+y_3)>>>[r\mathrm{mod}8]];$

$y_{11}=[x_{11}\&CirclePlus;(a_{15}+y_{13})]<<<5$

$y_{15}=x_{15}\&CirclePlus;[(a_{13}+y_{11})<<<23]$

（2.4）根据步骤（2.2）和（2.3）所述变化规则计算X=round(X)，X⁷=round⁷(X)和X¹⁵=round¹⁵(X)，并输出计数向量t=(t₀，t₁)为t时的密钥流Z^(t)=X+X⁷+X¹⁵；

（2.5）将计数向量t=(t₀，t₁)更新为t+1，此时存储器X的状态更新为X₁，重复步骤（2.1）～（2.4），即可获得计数向量t=(t₀，t₁)为t+1时的密钥流Z^(t+1)=X₁+X₁ ⁷+X₁ ¹⁵；

将计数向量t=(t₀，t₁)更新为t+2，此时存储器X的状态更新为X₂，重复步骤（2.1）～（2.4），即可获得计数向量t=(t₀，t₁)为t+2时的密钥流Z^(t+2)=X₂+X₂ ⁷+X₂ ¹⁵；

如此反复循环；

直至将计数向量t=(t₀，t₁)更新为t+n，其中n为所需的密钥流个数，此时存储器X的状态更新为X_n，重复步骤（2.1）～（2.4），即可获得计数向量t=(t₀，t₁)为t+n时的密钥流Z^(t+n)=X_n+X_n ⁷+X_n ¹⁵；

（3）加密阶段：其中Y_i为获得的密文，X_i为待加密的明文，Z_i为密钥流。

上述步骤（1.1）中，

所述种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为3×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面3个字，余下的5个字则固定为全“0”或全“1”；

所述种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为4×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面4个字，余下的4个字则固定为全“0”或全“1”；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为5×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面5个字，余下的3个字则固定为全“0”或全“1”；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为6×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面6个字，余下的2个字则固定为全“0”或全“1”；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为7×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面7个字，余下的1个字则固定为全“0”或全“1”；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为8×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取这8个字。

上述步骤（2.5）中，输出的密钥流个数即n＜2⁶⁴个。

上述步骤（1.1）中，常量值c=(c₀，c₁，c₂)为固定常数，且用16进制表示为c₀=6672082A，c₁=B39E6F35，c₂=D9D3B52C。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

(1)采用不同的数学运算符，特别是mod2³²运算和移位，快速实现密钥比特间的混淆性；

(2)在密钥流字节的计算中采用“纵向”扩散和“横向”压缩的相结合的比特混合置乱技术；

(3)密钥流字节采用多轮“迭代”方法得到，保证算法抵抗平凡的统计攻击、强攻击、一般猜测攻击等等；

(4)引入固定常量，破坏内轮函数结构，避免滑动攻击；

(5)种子密钥和初始向量的长度保证抵抗时空折中攻击；

(6)算法的运算符交替出现，分布均匀以抵抗一般的边信道攻击，特别功耗攻击；

(7)采用15轮的“迭代”内部状态具有足够的稳健性，足以抵抗传统的差分攻击；

(8)种子密钥长度可以根据安全强度选择；

(9)算法简洁、安全性高；

(10)各个密钥流块独立生成，特别适合平行计算，软件和硬件容易、快速实现，各种平台实现灵活。

附图说明

图1为流密码加密方法使用示意图。

具体实施方式

一种密钥可变的内轮置换流密码加密方法，包括如下步骤：

（1）内部状态初始化阶段：

（1.1）随机选择3～8个32比特的种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)和3个32比特的初始向量v=(v₀，v₁，v₂)，确定3个32比特的常量值c=(c₀，c₁，c₂)；启动2个32比特的计数向量t=(t₀，t₁)。

所述种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为3×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面3个字即k₀,k₁,k₂，余下的5个字即k₃,k₄,k₅,k₆,k₇则固定为全零或全1字；

所述种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为4×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面4个字即k₀,k₁,k₂,k₃，余下的4个字即k₄,k₅,k₆,k₇则固定为全零或全1字；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为5×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面5个字即k₀,k₁,k₂,k₃,k₄，余下的3个字即k₅,k₆,k₇则固定为全零或全1字；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为6×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面6个字即k₀,k₁,k₂,k₃,k₄,k₅，余下的2个字即k₆,k₇则固定为全零或全1字；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为7×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面7个字即k₀,k₁,k₂,k₃,k₄,k₅,k₆，余下的1个字即k₇则固定为全零或全1字；

种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)为8×32比特时，则种子密钥K=(k₀，k₁，…，k₇)随机选取这8个字即k₀,k₁,k₂,k₃,k₄,k₅,k₆,k₇。

所述常量值c=(c₀，c₁，c₂)为固定常数，且用16进制表示为c₀=6672082A，c₁=B39E6F35，c₂=D9D3B52C。

（1.2）开辟一个512比特的存储器X，该存储器分为16个字，每个字为32比特，即

$X=\left(\begin{array}{cccc}{x}_0& x_1& x_2& x_3\\ x_4& x_5& x_6& x_7\\ x_8& x_9& x_{10}& x_{11}\\ x_{12}& x_{13}& x_{14}& x_{15}\end{array}\right)$

（1.3）将种子密钥K、初始向量v、计数向量t和常量值c分别注入存储器X中，即令

$X=\left(\begin{array}{cccc}{x}_0& x_1& x_2& x_3\\ x_4& x_5& x_6& x_7\\ x_8& x_9& x_{10}& x_{11}\\ x_{12}& x_{13}& x_{14}& x_{15}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{k}_0& v_1& k_6& c_0\\ k_5& k_3& c_1& t_1\\ t_0& c_2& k_1& k_7\\ v_0& k_4& v_2& k_2\end{array}\right).$

（2）密钥流生成阶段：

（2.1）定义X^r=round^r(X)，其中round^r(X)又分为行运算round^odd(X)和列运算round^even(X)。

（2.2）若r为奇数即round^odd(X)的变化规则为：

将存储器X的第一行x=(x₀，x₁，x₂，x₃)变化到y=(y₀,y₁,y₂,y₃)，有：

a₀=x₀+x₃,a₃=(x₂+a₀)<<<3

a₂=x₁+a₃,a₁=(x₂+a₂)<<<17

$y_0=[x_0\&CirclePlus;(a_0+a_1)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_1=x_1\&CirclePlus;[(a_2+y_0)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_2=[x_2\&CirclePlus;(a_3+y_1)]<<<5$

$y_3=x_3\&CirclePlus;[(a_1+y_2)<<<23];$

将存储器X的第二行x=(x₄，x₅，x₆，x₇)变化到y=(y₄,y₅,y₆,y₇)，有：

a₄=x₄+x₇,a₇=(x₆+a₄)<<<3

a₆=x₅+a₇,a₅=(x₆+a₆)<<<17

$y_4=[x_4\&CirclePlus;(a_4+a_5)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_5=x_5\&CirclePlus;[(a_6+y_4)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_6=[x_6\&CirclePlus;(a_7+y_5)]<<<5$

$y_7=x_7\&CirclePlus;[(a_5+y_6)<<<23];$

将存储器X的第三行x=(x₈，x₉，x₁₀，x₁₁)变化到y=(y₈,y₉,y₁₀,y₁₁)，有：

a₈=x₈+x₁₁,a₁₁=(x₁₀+a₈)<<<3

a₁₀=x₉+a₁₁,a₉=(x₁₀+a₁₀)<<<17

$y_8=[x_8\&CirclePlus;(a_8+a_9)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_9=x_9\&CirclePlus;[(a_{10}+y_8)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_{10}=[x_{10}\&CirclePlus;(a_{11}+y_9)]<<<5$

$y_{11}=x_{11}\&CirclePlus;[(a_9+y_{10})<<<23];$

将存储器X的第四行x=(x₁₂，x₁₃，x₁₄，x₁₅)变化到y=(y₁₂,y₁₃,y₁₄,y₁₅)，有：

a₁₂=x₁₂+x₁₅,a₁₅=(x₁₄+a₁₂)<<<3

a₁₄=x₁₃+a₁₅,a₁₃=(x₁₄+a₁₄)<<<17

$y_{12}=[x_{12}\&CirclePlus;(a_{12}+a_{13})]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_{13}=x_{13}\&CirclePlus;[(a_{14}+y_{12})>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_{14}=[x_{14}\&CirclePlus;(a_{15}+y_{13})]<<<5$

$y_{15}=x_{15}\&CirclePlus;[(a_{13}+y_{14})<<<23];$

上述，+表示mod2³²运算，表示mod2运算，<<<表示左循环移位，>>>表示右循环移位。

（2.3）若r为偶数即round^even(X)的变化规则为：

将存储器X的第一列x=(x₀，x₄，x₈，x₁₂)变化到y=(y₀,y₄,y₈,y₁₂)，有：

a₀=x₀+x₁₂,a₃=(x₈+a₀)<<<3

a₂=x₄+a₃,a₁=(x₈+a₂)<<<17

$y_0=[x_0\&CirclePlus;(a_0+a_1)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_4=x_4\&CirclePlus;[(a_2+y_0)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_8=[x_8\&CirclePlus;(a_3+y_4)]<<<5$

$y_{12}=x_{12}\&CirclePlus;[(a_1+y_8)<<<23];$

将存储器X的第二列x=(x₁，x₅，x₉，x₁₃)变化到y=(y₁,y₅,y₉,y₁₃)，有：

a₄=x₁+x₁₃,a₇=(x₉+a₄)<<<3

a₆=x₅+a₇,a₅=(x₉+a₆)<<<17

$y_1=[x_1\&CirclePlus;(a_4+a_5)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_5=x_5\&CirclePlus;[(a_6+y_1)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_9=[x_9\&CirclePlus;(a_7+y_5)]<<<5$

$y_{13}=x_{13}\&CirclePlus;[(a_5+y_9)<<<23];$

将存储器X的第三列x=(x₂，x₆，x₁₀，x₁₄)变化到y=(y₂,y₆,y₁₀,y₁₄)，有：

a₈=x₂+x₁₄,a₁₁=(x₁₀+a₈)<<<3

a₁₀=x₆+a₁₁,a₉=(x₁₀+a₁₀)<<<17

$y_2=[x_2\&CirclePlus;(a_8+a_9)]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_6=x_6\&CirclePlus;[(a_{10}+y_2)>>>[r\mathrm{mod}8]]$

$y_{10}=[x_{10}\&CirclePlus;(a_{11}+y_6)]<<<5$

$y_{14}=x_{14}\&CirclePlus;[(a_9+y_{10})<<<23];$

将存储器X的第四列x=(x₃，x₇，x₁₁，x₁₅)变化到y=(y₃,y₇,y₁₁,y₁₅)，有：

a₁₂=x₃+x₁₅,a₁₅=(x₁₁+a₁₂)<<<3

a₁₄=x₇+a₁₅,a₁₃=(x₁₁+a₁₄)<<<17

$y_3=[x_3\&CirclePlus;(a_{12}+a_{13})]<<<\left[r\mathrm{mod}8\right]$

$y_7=x_7\&CirclePlus;[(a_{14}+y_3)>>>[r\mathrm{mod}8]].$

$y_{11}=[x_{11}\&CirclePlus;(a_{15}+y_{13})]<<<5$

$y_{15}=x_{15}\&CirclePlus;[(a_{13}+y_{11})<<<23]$

（2.4）根据步骤（2.2）和（2.3）所述变化规则计算X=round(X)，X⁷=round⁷(X)和X¹⁵=round¹⁵(X)，并输出计数向量t=(t₀，t₁)为t时的密钥流Z^(t)=X+X⁷+X¹⁵。

（2.5）将计数向量t=(t₀，t₁)更新为t+1，此时存储器X的状态更新为X₁，重复步骤（2.1）～（2.4），即可获得计数向量t=(t₀，t₁)为t+1时的密钥流Z^(t+1)=X₁+X₁ ⁷+X₁ ¹⁵；

将计数向量t=(t₀，t₁)更新为t+2，此时存储器X的状态更新为X₂，重复步骤（2.1）～（2.4），即可获得计数向量t=(t₀，t₁)为t+2时的密钥流Z^(t+2)=X₂+X₂ ⁷+X₂ ¹⁵；

如此反复循环；

直至将计数向量t=(t₀，t₁)更新为t+n，其中n为所需的密钥流个数，此时存储器X的状态更新为X_n，重复步骤（2.1）～（2.4），即可获得计数向量t=(t₀，t₁)为t+n时的密钥流Z^(t+n)=X_n+X_n ⁷+X_n ¹⁵。

在本实施例中，输出的密钥流个数即n＜2⁶⁴个。

（3）加密阶段：其中Y_i为获得的密文，X_i为待加密的明文，Z_i为密钥流。该加密阶段与现有技术相同，参见图1。

Claims (2)

1.密钥可变的内轮置换流密码加密方法，其特征是包括如下步骤：

(1)内部状态初始化阶段：

(1.1)随机选择3～8个32比特的种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)和3个32比特的初始向量v＝(v₀，v₁，v₂)，确定3个32比特的常量值c＝(c₀，c₁，c₂)；启动2个32比特的计数向量t＝(t₀，t₁)；

当所述种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)为3×32比特时，则种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面3个字，余下的5个字则固定为全“0”或全“1”；

当所述种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)为4×32比特时，则种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面4个字，余下的4个字则固定为全“0”或全“1”；

当种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)为5×32比特时，则种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面5个字，余下的3个字则固定为全“0”或全“1”；

当种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)为6×32比特时，则种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面6个字，余下的2个字则固定为全“0”或全“1”；

当种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)为7×32比特时，则种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)随机选取前面7个字，余下的1个字则固定为全“0”或全“1”；

当种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)为8×32比特时，则种子密钥K＝(k₀，k₁，…，k₇)随机选取这8个字；

所述常量值c＝(c₀，c₁，c₂)为固定常数，且用16进制表示为c₀＝6672082A，c₁＝B39E6F35，c₂＝D9D3B52C；

(1.2)开辟一个512比特的存储器X，该存储器分为16个字，每个字为32比特，即

$X=\left(\begin{array}{cccc}{x}_0& x_1& x_2& x_3\\ x_4& x_5& x_6& x_7\\ x_8& x_9& x_{10}& x_{11}\\ x_{12}& x_{13}& x_{14}& x_{15}\end{array}\right);$

(1.3)将种子密钥K、初始向量v、计数向量t和常量值c分别注入存储器X中，即令

$X=\left(\begin{array}{cccc}{x}_0& x_1& x_2& x_3\\ x_4& x_5& x_6& x_7\\ x_8& x_9& x_{10}& x_{11}\\ x_{12}& x_{13}& x_{14}& x_{15}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{k}_0& v_1& k_6& c_0\\ k_5& k_3& c_1& t_1\\ t_0& c_2& k_1& k_7\\ v_0& k_4& v_2& k_2\end{array}\right);$

(2)密钥流生成阶段：

(2.1)定义X^r＝round^r(X)，其中round^r(X)又分为行运算round^odd(X)和列运算round^even(X)；

(2.2)若r为奇数即round^odd(X)的变化规则为：

将存储器X的第一行x＝(x₀，x₁，x₂，x₃)变化到y＝(y₀,y₁,y₂,y₃)，有：

a₀＝x₀+x₃,a₃＝(x₂+a₀)<<<3

a₂＝x₁+a₃,a₁＝(x₂+a₂)<<<17

$y_0=\&lsqb;x_0\&CirclePlus;(a_0+a_1)\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_1=x_1\&CirclePlus;\&lsqb;(a_2+y_0)>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_2=\&lsqb;x_2\&CirclePlus;(a_3+y_1)\&rsqb;<<<5$

$y_3=x_3\&CirclePlus;\&lsqb;(a_1+y_2)<<<23\&rsqb;;$

将存储器X的第二行x＝(x₄，x₅，x₆，x₇)变化到y＝(y₄,y₅,y₆,y₇)，有：

a₄＝x₄+x₇,a₇＝(x₆+a₄)<<<3

a₆＝x₅+a₇,a₅＝(x₆+a₆)<<<17

$y_4=\&lsqb;x_4\&CirclePlus;(a_4+a_5)\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_5=x_5\&CirclePlus;\&lsqb;(a_6+y_4)>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_6=\&lsqb;x_6\&CirclePlus;(a_7+y_5)\&rsqb;<<<5$

$y_7=x_7\&CirclePlus;\&lsqb;(a_5+y_6)<<<23\&rsqb;;$

将存储器X的第三行x＝(x₈，x₉，x₁₀，x₁₁)变化到y＝(y₈,y₉,y₁₀,y₁₁)，有：

a₈＝x₈+x₁₁,a₁₁＝(x₁₀+a₈)<<<3

a₁₀＝x₉+a₁₁,a₉＝(x₁₀+a₁₀)<<<17

$y_8=\&lsqb;x_8\&CirclePlus;(a_8+a_9)\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_9=x_9\&CirclePlus;\&lsqb;(a_{10}+y_8)>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_{10}=\&lsqb;x_{10}\&CirclePlus;(a_{11}+y_9)\&rsqb;<<<5$

$y_{11}=x_{11}\&CirclePlus;\&lsqb;(a_9+y_{10})<<<23\&rsqb;;$

将存储器X的第四行x＝(x₁₂，x₁₃，x₁₄，x₁₅)变化到y＝(y₁₂,y₁₃,y₁₄,y₁₅)，有：

a₁₂＝x₁₂+x₁₅,a₁₅＝(x₁₄+a₁₂)<<<3

a₁₄＝x₁₃+a₁₅,a₁₃＝(x₁₄+a₁₄)<<<17

$y_{12}=\&lsqb;x_{12}\&CirclePlus;(a_{12}+a_{13})\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_{13}=x_{13}\&CirclePlus;\&lsqb;(a_{14}+y_{12})>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_{14}=\&lsqb;x_{14}\&CirclePlus;(a_{15}+y_{13})\&rsqb;<<<5$

$y_{15}=x_{15}\&CirclePlus;\&lsqb;(a_{13}+y_{14})<<<23\&rsqb;;$

上述，+表示mod2³²运算，表示mod2运算，<<<表示左循环移位，>>>表示右循环移位；

(2.3)若r为偶数(即round^even(X))的变化规则为：

将存储器X的第一列x＝(x₀，x₄，x₈，x₁₂)变化到y＝(y₀,y₄,y₈,y₁₂)，有：

a₀＝x₀+x₁₂,a₃＝(x₈+a₀)<<<3

a₂＝x₄+a₃,a₁＝(x₈+a₂)<<<17

$y_0=\&lsqb;x_0\&CirclePlus;(a_0+a_1)\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_4=x_4\&CirclePlus;\&lsqb;(a_2+y_0)>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_8=\&lsqb;x_8\&CirclePlus;(a_3+y_4)\&rsqb;<<<5$

$y_{12}=x_{12}\&CirclePlus;\&lsqb;(a_1+y_8)<<<23\&rsqb;;$

将存储器X的第二列x＝(x₁，x₅，x₉，x₁₃)变化到y＝(y₁,y₅,y₉,y₁₃)，有：

a₄＝x₁+x₁₃,a₇＝(x₉+a₄)<<<3

a₆＝x₅+a₇,a₅＝(x₉+a₆)<<<17

$y_1=\&lsqb;x_1\&CirclePlus;(a_4+a_5)\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_5=x_5\&CirclePlus;\&lsqb;(a_6+y_1)>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_9=\&lsqb;x_9\&CirclePlus;(a_7+y_5)\&rsqb;<<<5$

$y_{13}=x_{13}\&CirclePlus;\&lsqb;(a_5+y_9)<<<23\&rsqb;;$

将存储器X的第三列x＝(x₂，x₆，x₁₀，x₁₄)变化到y＝(y₂,y₆,y₁₀,y₁₄)，有：

a₈＝x₂+x₁₄,a₁₁＝(x₁₀+a₈)<<<3

a₁₀＝x₆+a₁₁,a₉＝(x₁₀+a₁₀)<<<17

$y_2=\&lsqb;x_2\&CirclePlus;(a_8+a_9)\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_6=x_6\&CirclePlus;\&lsqb;(a_{10}+y_2)>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_{10}=\&lsqb;x_{10}\&CirclePlus;(a_{11}+y_6)\&rsqb;<<<5$

$y_{14}=x_{14}\&CirclePlus;\&lsqb;(a_9+y_{10})<<<23\&rsqb;;$

将存储器X的第四列x＝(x₃，x₇，x₁₁，x₁₅)变化到y＝(y₃,y₇,y₁₁,y₁₅)，有：

a₁₂＝x₃+x₁₅,a₁₅＝(x₁₁+a₁₂)<<<3

a₁₄＝x₇+a₁₅,a₁₃＝(x₁₁+a₁₄)<<<17

$y_3=\&lsqb;x_3\&CirclePlus;(a_{12}+a_{13})\&rsqb;<<<\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;$

$y_7=x_7\&CirclePlus;\&lsqb;(a_{14}+y_3)>>>\&lsqb;r\mathrm{mod}8\&rsqb;\&rsqb;$

$y_{11}=\&lsqb;x_{11}\&CirclePlus;(a_{15}+y_{13})\&rsqb;<<<5$

$y_{15}=x_{15}\&CirclePlus;\&lsqb;(a_{13}+y_{11})<<<23\&rsqb;;$

(2.4)根据步骤(2.2)和(2.3)所述变化规则计算X＝round(X)，X⁷＝round⁷(X)和X¹⁵＝round¹⁵(X)，并输出计数向量t＝(t₀，t₁)为t时的密钥流Z^(t)＝X+X⁷+X¹⁵；

(2.5)将计数向量t＝(t₀，t₁)更新为t+1，此时存储器X的状态更新为X₁，重复步骤(2.1)～(2.4)，即可获得计数向量t＝(t₀，t₁)为t+1时的密钥流Z^(t+1)＝X₁+X₁ ⁷+X₁ ¹⁵；

将计数向量t＝(t₀，t₁)更新为t+2，此时存储器X的状态更新为X₂，重复步骤(2.1)～(2.4)，即可获得计数向量t＝(t₀，t₁)为t+2时的密钥流Z^(t+2)＝X₂+X₂ ⁷+X₂ ¹⁵；

……

将计数向量t＝(t₀，t₁)更新为t+i，其中2＜i＜n，此时存储器X的状态更新为X_i，重复步骤(2.1)～(2.4)，即可获得计数向量t＝(t₀，t₁)为t+i时的密钥流Z^(t+i)＝X_i+X_i ⁷+X_i ¹⁵；

……

将计数向量t＝(t₀，t₁)更新为t+n，其中n为所需的密钥流个数，此时存储器X的状态更新为X_n，重复步骤(2.1)～(2.4)，即可获得计数向量t＝(t₀，t₁)为t+n时的密钥流Z^(t+n)＝X_n+X_n ⁷+X_n ¹⁵；

(3)加密阶段：其中Y_i为获得的密文，X_i为待加密的明文，Z_i为密钥流。

2.根据权利要求1所述的密钥可变的内轮置换流密码加密方法，其特征是，上述步骤(2.5)中，输出的密钥流个数即n＜2⁶⁴个。